概念设计非常重要,用钢量大了结构反而不安全的实例及分析
alaska
alaska Lv.7
2011年04月30日 22:54:46
只看楼主

今年参加上海市的注册结构师继续教育培训,课堂上老师反复强调概念设计、延性设计的重要性。并对现在部分设计人员(包括审图公司)过分依赖程序,对规范的理解机械刻板、不求甚解的态度表示担忧。 为什么要重视概念设计呢?因为现有的各种计算理论、计算假定、计算模型、计算方法还不够完善,都是近似的。程序不是万能的,程序是有使用条件和适用范围的,程序也会有缺陷(特别是PKPM),程序计算出来的结果不一定完全准确,不一定都与事实相符,程序计算通过了并非就可以高枕无忧了。对程序计算结果,设计师应根据力学概念和工程经验进行判断,确认合理有效后再实施。不掌握概念设计的精髓,不理解规范的意图,不知道从宏观上控制结构安全,那么很可能出现设计出来的结构在6度时计算可以通过,烈度一增大到7度,结构马上就倒塌了,那是不行的。因为实际地震发生时,它的烈度是不确定的,很有可能大于设防烈度,如果你只能满足设防烈度的要求,说明你的设计不是好的设计。真正好的设计,应该是在设防烈度(弹性)下不坏,大于设防烈度(进入弹塑性)情况下也能最大程度的减小震害。

今年参加上海市的注册结构师继续教育培训,课堂上老师反复强调概念设计、延性设计的重要性。并对现在部分设计人员(包括审图公司)过分依赖程序,对规范的理解机械刻板、不求甚解的态度表示担忧。

为什么要重视概念设计呢?因为现有的各种计算理论、计算假定、计算模型、计算方法还不够完善,都是近似的。程序不是万能的,程序是有使用条件和适用范围的,程序也会有缺陷(特别是PKPM),程序计算出来的结果不一定完全准确,不一定都与事实相符,程序计算通过了并非就可以高枕无忧了。对程序计算结果,设计师应根据力学概念和工程经验进行判断,确认合理有效后再实施。不掌握概念设计的精髓,不理解规范的意图,不知道从宏观上控制结构安全,那么很可能出现设计出来的结构在6度时计算可以通过,烈度一增大到7度,结构马上就倒塌了,那是不行的。因为实际地震发生时,它的烈度是不确定的,很有可能大于设防烈度,如果你只能满足设防烈度的要求,说明你的设计不是好的设计。真正好的设计,应该是在设防烈度(弹性)下不坏,大于设防烈度(进入弹塑性)情况下也能最大程度的减小震害。

为什么要重视延性设计呢?因为延性设计是概念设计的一部分,是保证结构在超过设防烈度的地震作用下仍旧有良好的变形能力,通过耗能,减小地震作用的破坏,最大程度的保护生命财产安全。延性设计的目的是控制破坏形态,规范中有很多属于概念设计的延性措施,如强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件。拿强柱弱梁来说,其目的就是让梁先坏来保证柱不坏以防止结构发生整体垮塌。如果设计者不理解规范的意图,通过盲目加大材料用量来解决安全问题,以为结构更安全了,实际上起了反作用,使结构变的更不安全了。

下面以强柱弱梁为例,说明现在设计中普遍容易犯的错误。

"强柱弱梁"的实现一定要保证柱的实际抗弯能力大于梁的实际抗弯能力,实际抗弯能力应用实际配筋计算。这里特别强调“实际”两字,因为现实设计中设计人员往往喜欢放大梁端配筋,实配钢筋远远大于计算配筋,设计师认为这样更安全,实际情况恰恰相反。由于梁配筋增加幅度远大于柱配筋增大幅度,使得梁的实际抗弯能力大大高于柱的抗弯能力,这样在中震情况下,首先是柱而不是梁出现塑性铰,造成结构垮塌。在汶川地震震害调查时,因“强梁弱柱”而引起结构破坏的情况比比皆是,这充分说明目前设计人员对于规范的理解不够透彻,对延性设计的概念不够清晰,盲目放大配筋,造成了严重的后果。这都是血的教训!

也许有人会说,梁端配筋放大是为了满足梁抗裂要求造成的,这又是一种不求甚解、不负责任、偷懒和片面的观点。我们知道,SATWE 计算配筋和裂缝时都是按单筋矩形梁计算的,而工程中实际的梁基本上都是有翼缘的,受压区也是有配筋的。如果计算裂缝时考虑受拉区楼板参与工作并考虑受压区配筋的贡献,那么绝大多数情况下梁按强度计算结果所配钢筋是满足0.3mm的抗裂要求的。还有一个事实大家容易忽略,那就是梁的配筋是按弯矩包络图中的最大值计算的,在计算梁的裂缝时应选用正常使用情况下的竖向荷载计算,不能用极限工况下的弯矩计算裂缝,而按正常使用工况计算的梁裂缝都是很小的。真的发生地震了,梁端出现裂缝对“强柱弱梁”是有利的,根本没有必要用PKPM控制裂缝。况且satwe的计算结果本身有很大富裕量。所以,梁配筋只要满足计算结果就行了,不好选筋时,配筋适当降低一点也是可以的,但千万不要随意放大,放大幅度最大不要超过10%,否则强柱弱梁就无法实现了。

有人会说,裂缝计算通不过,审图公司不同意怎么办?培训老师的建议是,送审时根本就不要送裂缝计算书,实在要送时,就挑选几个重点断面提供手算计算书,手算时可以考虑楼板和受压区钢筋的贡献,这样配筋和裂缝都可以满足规范要求,审图公司就不会有意见了。
补充一条:重要构件和预应力构件建议依据规范原理手工复核一下裂缝。本文不是反对计算裂缝,而是主张不要用pkpm计算裂缝。如果设计师不放心,一定要放大支座负筋,建议柱的钢筋同步放大,否则强柱弱梁很难实现,就会顾此失彼,得不偿失。

超配筋都是人为原因造成的,后果很严重,须引起设计人员足够重视。
通过深入领会规范精神和编制意图,合理判断和修正计算结果,这些错误都是可以避免的。
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[ 本帖最后由 alaska 于 2011-5-12 12:29 编辑 ]
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lxlsbo
2011年05月02日 16:13:54
12楼
好。。感悟。。跟杨星的那本《pkpm结构软件工程应用及实例剖析》,讲得一样的
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qing9804
2011年05月02日 18:06:45
13楼
楼主让我们对裂缝的控制进一步深入了解了,但重要构件还是需要复核控制裂缝
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cmz6
2011年05月02日 18:26:07
14楼
看过楼主的总结使我受益多多
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president1
2011年05月02日 19:11:52
15楼

顶,这个说的才是实话。
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sunafee
2011年05月02日 21:05:53
16楼
我以前看帖基本不回帖,后来我发现,这样不但会花掉我的金币,而且不厚道。于是我把这段文字保存在记事本里,每看一个帖子,就复制上去,以表达我对楼主的谢意,把帖子顶起来,顺便帮自己挣点金钱。
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fatekahn
2011年05月02日 22:15:43
17楼
强柱弱梁的概念很重要,但现在越发强梁了
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alaska
2011年05月03日 00:05:16
18楼
大部分梁不需要计算裂缝,这是实际测算过的,是有依据的。不信你自己找几根梁验算一下。
可以负责任的告诉你,上海地区的项目基本上都不要求计算裂缝的。培训的老师是上海市审图中心的组长,他对设计院随意放大梁配筋深恶痛绝,所以在课上一再提醒大家不要放大了,如果谁因为不放大梁配筋而导致审图通不过,可以找他,他可以帮助协调。

我觉得这是一个设计概念的问题,学规范要领会其精神,而不是什么都要人家规定死,不然规范条文就是增加10倍也不可能包罗所有的情况。规范上没说的,就要弄清规范的意图,必要时自己动手算一下,或者与有经验的人交流一下,多听听他人的建议。
pkpm程序个别地方有不足,此时应该按照规范原理用手算代替,这不是打规范擦边球。

谢谢你的建议。

[ 本帖最后由 alaska 于 2011-5-3 08:56 编辑 ]
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alaska
2011年05月03日 00:05:58
19楼
这个建议提得很好,对于特别重要的梁,最好还是手工复核一下。
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alaska
2011年05月03日 00:07:21
20楼
设计水平的高低跟经验和责任心有关,与能力或职称不完全有关。

[ 本帖最后由 alaska 于 2011-5-3 00:13 编辑 ]
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skywalker686
2011年05月03日 14:46:12
21楼
我以前看帖基本不回帖,后来我发现,这样不但会花掉我的金币,而且不厚道。于是我把这段文字保存在记事本里,每看一个帖子,就复制上去,以表达我对楼主的谢意,把帖子顶起来,顺便帮自己挣点金钱。
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